2019_2020学年高中数学第一章立体几何初步7.3球的表面积和体积学案北师大版.docx

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1、7.3　球的表面积和体积[学习目标]　1.了解球的截面．　2.掌握球的表面积和体积公式．　3.会运用这些公式进行简单的有关计算.【主干自填】1．球的表面积公式：S球面＝4πR2(R为球的半径)．2．球的体积公式：V球＝πR3(R为球的半径)．【即时小测】1．思考下列问题(1)用一个平面去截球体，截面的形状是什么？该截面的几何量与球的半径之间有什么关系？提示：可以想象，用一个平面去截球体，截面是圆面，在球的轴截面图中，截面圆与球的轴截面的关系如图所示．若球的半径为R，截面圆的半径为r，OO′＝d.在Rt△OO′C中，OC2

2、＝OO′2＋O′C2，即R2＝r2＋d2.(2)球的半径为R，它的体积公式为________，它的表面积公式________，观察这两个公式，想想它们都有什么特点？提示：V＝πR3　S＝4πR2　这两个公式说明球的体积和表面积都由球的半径R唯一确定．其中球的体积是半径R的三次函数，球的表面积是半径R的二次函数，并且表面积为半径为R的圆面积的4倍．2．球的表面积扩大2倍，球的体积扩大(　　)A．2倍B.倍C．2倍D．3倍提示：C　球的表面积扩大2倍，半径扩大倍，从而体积扩大()3＝2倍．3．两个球的半径之比为1∶3，那么两

3、个球的表面积之比为(　　)A．1∶9B．1∶27C．1∶3D．1∶1提示：A　设两球的半径为R1，R2，∵R1∶R2＝1∶3，∴两个球的表面积之比为S1∶S2＝4πR∶4πR＝R∶R＝1∶9.例1　已知过球面上三点A、B、C的截面到球心的距离等于球半径的一半，且AC＝BC＝6，AB＝4，求球面面积与球的体积．[解]　如图所示，设球心为O，截面圆圆心O1，球半径为R，连接OO1，则OO1是球心到截面的距离．由于OA＝OB＝OC＝R，则O1是△ABC的外心．设M是AB的中点，由于AC＝BC，则O1在CM上．设O1M＝x，易知

4、O1M⊥AB，则O1A＝，O1C＝CM－O1M＝－x.又O1A＝O1C，∴＝－x.解得x＝.则O1A＝O1B＝O1C＝.在Rt△OO1A中，O1O＝，∠OO1A＝90°，OA＝R.由勾股定理，得2＋2＝R2.解得R＝.故S球面＝4πR2＝54π，V球＝πR3＝27π.类题通法球的表面积和体积的解题方法计算球的表面积和体积的关键是求出球的半径，这里就要充分利用球的截面的性质进行求解．已知条件中的等量关系，往往是建立方程的依据，这种解题的思想值得重视．　用与球心距离为1的平面去截球，所得截面面积为2π，则球的体积为(　　)A

5、.πB.C．8πD．4π答案　D解析　所得截面圆的半径为r＝，因此球的半径R＝＝，球的体积为πR3＝4π.例2　轴截面是正三角形的圆锥内有一个内切球，若圆锥的底面半径为1cm，求球的体积．[解]　如下图所示，作出轴截面，O是球心，与边BC、AC相切于点D、E.连接AD，OE，∵△ABC是正三角形，∴CD＝AC.∵CD＝1cm，∴AC＝2cm，AD＝cm，∵Rt△AOE∽Rt△ACD，∴＝.设OE＝r，则AO＝(－r)cm，∴＝，∴r＝cm，V球＝π3＝π(cm3)，即球的体积等于πcm3.类题通法截面在有关球计算中的作用

6、解决与球有关的接、切问题时，一般作一个适当的截面，将问题转化为平面问题解决，这类截面通常是指圆锥的轴截面、球的大圆、多面体的对角面等，在这个截面中应包括每个几何体的主要元素，且这个截面包含体和体之间的主要位置关系和数量关系．　如图，半球内有一个内接正方体，正方体的一个面在半球的底面圆内，若正方体棱长为，求球的表面积和体积．解　作轴截面如图所示，CC′＝，AC＝·＝2，设球的半径为R，则R2＝OC2＋CC′2＝()2＋()2＝9，∴R＝3，∴S球＝4πR2＝36π，V球＝πR3＝36π.例3　过球的半径的中点，作一垂直于这

7、条半径的截面，截面面积是48πcm2，求球的表面积．[解]　如图所示，设O′为截面圆圆心，则OO′⊥O′A，O′A为截面圆的半径，OA为球的半径R.∵48π＝π·AO′2，∴AO′2＝48.在Rt△OO′A中，OA2＝OO′2＋AO′2，∴R2＝2＋48，解得R＝8.∴S球＝4πR2＝4π×64＝256π(cm2)．即球的表面积为256πcm2.类题通法一般情况下，在球的截面问题中，截面圆的半径、球心到截面的距离、球的半径之间的数量关系是解决与之有关的计算问题的基础，而球的轴截面(过球的直径的截面)是将球的问题(立体问题

8、)转化为圆的问题(平面问题)的关键，因此在解决球的有关问题时，我们必须抓住球的轴截面，并充分利用它来分析、解决问题.　已知球的两平行截面的面积分别为5π和8π，它们位于球心的同一侧，且距离为1，求这个球的体积．解　作球的轴截面，如下图所示，设以r1为半径的截面面积为5π，以r2为半径的截面面积为8π，O1O2＝1，球